DE69627445T2

DE69627445T2 - Spiralverdichter

Info

Publication number: DE69627445T2
Application number: DE69627445T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Ishii; Mikio Matsuda; Masami Sanuki
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1995-10-11
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2016-10-12
Also published as: EP0768464B1; US5722257A; EP0768464A3; EP0768464A2; DE69627445D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spiralkompressor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein solcher Spiralkompressor ist durch die US-A-5,253,489 offenbart. Dieser bekannte Kompressor weist eine Drehwelle mit einem Kurbelabschnitt und ein Lager zum Halten einer Drehwelle in dem Gehäuse auf. Ein bewegliches Spiralelement ist auf dem Kurbelabschnitt durch ein weiteres Lager gehalten, sodass das bewegliche Spiralelement eine Bahnbewegung um die Achse der Drehwelle bewirkt. Das bewegliche Spiralelement wirkt mit einem festen Spiralelement so zusammen, dass sie Arbeitskammern bilden. Einlass- und Auslassöffnungen öffnen die Arbeitskammern, sodass das Fluid eingeleitet und ausgegeben werden kann. Eine Einspritzöffnung ist in einer Endplatte des festen Spiralelements ausgebildet, wobei die Einspritzöffnung zu der Arbeitskammer zum Einspritzen geöffnet ist, während das Fluid bei einem Druck zwischen dem Druck eines über die Einlassöffnung angesaugten Kühlmittels und dem Druck eines aus der Auslassöffnung eingespritzten Kühlmittels ist. Ferner steht eine Zwischendruckkammer mit der Einspritzöffnung in Verbindung, wobei die Kammer dem Vermeiden von Druckpulsationen in dem in die Arbeitskammer von der Einspritzöffnung eingespritzten Fluid dient.
Die US-A-5,447,420 offenbart einen weiteren Spiralkompressor mit einer Zwischenkammer, die durch eine Endplatte des festen Spiralelements ausgebildet ist, und einem Gehäuse, wobei das Gehäuse mit einer Zwischendrucköffnung ausgebildet ist, die dem Einleiten des Fluids bei dem Zwischendruck in die Zwischendruckkammer dient.
Es ist ein Kühlsystem bekannt, bei dem eine zweistufige Expansion (Druckverminderung) zwischen einem Kondensator und einem Verdampfapparat durch Einspritzen eines Kühlmittels unter einem mittleren Druck nach Durchlaufen eines Druckverminderers erster Stufe in eine Arbeitskammer des Kompressors, der einen Kompressionsvorgang durchführt, erfolgt. Eine solche zweistufige Druckverminderung dient der Erhöhung der Effizienz während der Ausführung des Kühlkreislaufs. Das Kühlmittel wird in die den Kompressionsvorgang durchführende Arbeitskammer aus einer Einspritzöffnung mittels einer Druckdifferenz zwischen der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung (Einspritzdruck) und der Arbeitskammer des Kompressors eingespritzt. Um den Einspritzvorgang auszuführen, ist es somit wesentlich, dass der Einspritzdruck höher als der Druck in der Arbeitskammer des Kompressors ist. Mit arideren Worten bewirkt ein Druck in der Arbeitskammer des Kompressors höher als der Einspritzdruck an der Einspritzöffnung notwendigerweise die Erzeugung eines Rückstroms, bei dem das Kühlmittel in der Arbeitskammer des Kompressors zurück in die Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung strömt.
Um dieses Problem zu beseitigen, wurde deshalb vorgeschlagen, ein Rückschlagventil zwischen der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung und der Einspritzöffnung anzuordnen. Zum Beispiel ist in einem Spiralkompressor, der in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 58-148209 offenbart ist, ein Rückschlagventil in einer zwischen einer Endplatte eines festen Spiralelements und einem Gehäuse ausgebildeten Kammer angeordnet. Das Rückschlagventil in der Kammer ist über eine Leitung für ein Kühlmittel mit einer in der Endplatte des festen Spiralelements ausgebildeten Einspritzöffnung verbunden.
Gemäß einem durch die Erfinder durchgeführten Test wurde festgestellt, dass die vorbekannte Konstruktion eine erwünschte Leistungssteigerung in dem Kühlkreislauf unabhängig von einer Tatsache, dass ein einspritzendes Kühlmittel eines mittleren Drucks in die Arbeitskammer des Kompressors über die Einspritzöffnung, welche für eine vorgegebene Zeitdauer geöffnet ist, erfolgt, nicht erzielen kann. Gemäß dem durch die Erfinder durchgeführten Test wurde festgestellt, dass die Druckpulsation an dem Auslass des Kompressors auf die Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung übertragen wird, was den Druck des Kühlmittels an der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung pulsieren lässt, was den Einspritzdruck pulsieren lässt. Eine solche Pulsation des Einspritzdrucks bewirkt eine kleinere Menge des tatsächlich eingespritzten Kühlmittels als die unter Verwendung der Einspritzdauer berechnete Menge, was es schwierig macht, eine erhöhte Leistung des Einspritzzyklus zu erzielen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Einspritzsystem einer erhöhten Leistungsfähigkeit durch Unterdrücken einer Pulsation im Druck des in die Arbeitskammern eines Kompressors eingespritzten Kühlmittels vorzusehen.
Diese Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Gemäß einem in Anspruch 1 beanspruchten Aspekt der Erfindung ist eine Zwischendruckkammer derart vorgesehen, dass sie mit einer Einspritzöffnung in Verbindung steht, um eine Druckpulsation im Kühlmittel zu verhindern, wenn es in die Arbeitskammern eingeleitet wird.
Gemäß einem in Anspruch 1 beanspruchten weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Einspritzöffnung in einer Endplatte eines festen Spiralelements ausgebildet, und eine Zwischendruckkammer, zu der die Einspritzöffnung geöffnet ist, ist derart vorgesehen, dass die Druckschwankungen in der Zwischendruckkammer verringert werden können, d. h. eine Druckpulsation beseitigt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Zwischendruckkammer derart vorgesehen, dass die Einspritzöffnung mit der Zwischendruckkammer in Verbindung steht und dass ein stabiles Einspritzen des Fluids oder Kühlmittels während einer Einspritzdauer erzielt wird, wobei die Einspritzöffnung zu der Arbeitskammer geöffnet ist. Als Ergebnis wird ein stabilisiertes Einspritzen des Fluids oder Kühlmittels erzielt, wodurch eine gewünschte Verbesserung in der Leistungsfähigkeit des Einspritzzyklus erzielt wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ANLIEGENDEN ZEICHNUNGEN

Fig. 1 bis 5 und 19 sowie alle Bezugnahmen auf Kugelventile stellen keine Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und dienen nur der Veranschaulichung.
Fig. 1 ist eine schematische Gesamtdarstellung eines Einspritzsystems.
Fig. 2 ist ein Längsschnitt eines Spiralkompressors in Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Darstellung entlang Linie III-III in Fig. 2.
Fig. 4 ist eine vergrößerte Teildarstellung von Fig. 3 zur Veranschaulichung einer geschlossenen Stellung des Rückschlagventils.
Fig. 5 ist eine vergrößerte Teildarstellung von Fig. 3 zur Veranschaulichung einer geöffneten Stellung des Rückschlagventils.
Fig. 6 ist ein Mollier-Diagramm zur Veranschaulichung einer Funktionsweise des Einspritzsystems in Fig. 1.
Fig. 7 bis 10 veranschaulichen aufeinanderfolgende, um 90º gedrehte Stellungen eines bewegbaren Spiralelements während eines Kompressionszyklus des Spiralkompressors.
Fig. 11 bis 14 veranschaulichen aufeinanderfolgende, um 90º gedrehte Stellungen eines beweglichen Spiralelements und zeigen so die Beziehung zwischen Einspritzöffnungen und paarweisen Arbeitskammern.
Fig. 15 veranschaulicht ein Spulenventil, wenn es sich in einer geschlossenen Stellung befindet.
Fig. 16 veranschaulicht eine geöffnete Stellung des Spulenventils in Fig. 15.
Fig. 17 ist eine perspektivische Darstellung eines Spulenventils in Fig. 15 und 16.
Fig. 18 veranschaulicht eine Modifikation, bei der eine Doppelkonstruktion von Einspritzöffnungen verwendet wird.
Fig. 19 veranschaulicht eine modifizierte Anordnung, die in einem Flüssigkeitseinspritzsystem praktiziert wird.
Fig. 20 ist eine schematische Darstellung des Gesamtsystems eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, bei dem zusätzlich zu Rückschlagventilen Überdruckventile vorgesehen sind.
Fig. 21 ist eine Längsschnittdarstellung des Spiralkompressors in Fig. 20.
Fig. 22 ist eine Darstellung entlang Linie XII-XII in Fig. 21.
Fig. 23 ist eine vergrößerte Teildarstellung von Fig. 21, welche eine geöffnete Stellung eines Rückschlagventils veranschaulicht.
Fig. 24 ist eine vergrößerte Teildarstellung von Fig. 21, welche eine geschlossene Stellung eines Rückschlagventils veranschaulicht.
Fig. 25 ist eine vergrößerte Teildarstellung von Fig. 21, welche eine geöffnete Stellung eines Überdruckventils veranschaulicht.
Fig. 26 ist eine perspektivische Darstellung einer ersten Spule in den Fig. 23 bis 25.
Fig. 27 ist eine perspektivische Darstellung einer zweiten Spule in den Fig. 23 bis 25.
Fig. 28 veranschaulicht eine modifizierte Anordnung, die in einem Flüssigkeitseinspritzsystem praktiziert wird.

BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch ein Kühlsystem zur Verwendung in einem Klimasystem für ein mit einem Verbrennungsmotor versehenes Fahrzeug. Das Kühlsystem besteht aus einem Kompressor 10, der als Spiralkompressor aufgebaut ist, einem Kondensator 12, einer ersten Drosselklappe 14 eines Typs mit fester Drosselung (erster Druckverminderer), einer Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 16, einer zweiten Drosselklappe 18 eines Typs mit fester Drosselung (zweiter. Druckverminderer) und einem Verdampfapparat 20. In einer wohlbekannten Weise tritt eine Kompression des Kühlmittels in dem Kompressor 10 auf, sodass das komprimierte Kühlmittel aus dem Kompressor 10 ausgegeben und in den Kondensator 12 eingeleitet wird. In dem Kondensator 12 tritt als Ergebnis eines Wärmeaustauschs mit einem Strom von Außenluft eine Wärmeabgabe von dem Kühlmittel auf, sodass das Kühlmittel gekühlt und verflüssigt wird und in die erste Drosselklappe 14 eingeleitet wird. In der ersten Drosselklappe 14 tritt eine Verminderung des Drucks des Kühlmittels auf, wodurch ein kombinierter Gas-Flüssigkeit-Zustand des Kühlmittels erzielt wird, der in der Gas- Flüssigkeit-Trennvorrichtung 16 gespeichert wird. Ein in der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 16 abgetrenntes flüssiges Kühlmittel wird in die zweite Drosselklappe 18 geleitet, wo das Kühlmittel wieder einer Druckverminderung unterzogen wird, sodass ein Nebelzustand des Kühlmittels erzielt wird, das in den Verdampfapparat 20 eingeleitet wird. In dem Verdampfapparat 20 tritt als Ergebnis eines Wärmeaustauschs mit einer Strömung einer Außenluft eine Wärmeabsorption auf, sodass das Kühlmittel erwärmt und verdampft wird, sodass ein gasförmiger Zustand des Kühlmittels erzielt wird, der in den Kompressor 10 zur Wiederholung des Kreislaufs eingeleitet wird.
Das Kühlsystem ist ferner mit einem Einspritzsystem versehen, das eine Leitung 22 enthält, die der Verbindung der Trennvorrichtung 16 an einer Stelle oberhalb einer Gas- Flüssigkeit-Grenze mit einer Zwischendruckkammer Vm des Kompressors 10 dient, die später vollständig beschrieben wird. Ferner sind auch Rückschlagventile 72A und 72B zum Verbinden der Zwischendruckkammer Vm mit Einspritzöffnungen 70A und 70B vorgesehen, wie ebenfalls später erläutert werden wird.
Fig. 2 zeigt ein Detail des Spiralkompressors 10, der ein vorderes Gehäuse 30 enthält, durch das eine Drehwelle 32 an ihrem inneren Ende 32-1 mittels einer Rollenlageranordnung 34, welche in das vordere Gehäuse 30 eingepasst ist und daran mittels eines Sicherungsrings 35 befestigt ist, drehbar gehalten ist. Ein äußeres Ende der Drehwelle 32 ragt aus dem vorderen Gehäuse 30 heraus und ist mit einer elektromagnetischen Kupplung (nicht dargestellt) verbunden, die einer wahlweisen Verbindung der Drehwelle 32 mit einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors dient. Als Ergebnis bewirkt ein Eingriff der elektromagnetischen Kupplung eine Übertragung der Drehbewegung auf die Drehwelle 32.
In einer bekannten Technik kann anstelle der elektromagnetischen Kupplung für die selektive Verbindung der Drehbewegung des Verbrennungsmotors mit dem Kompressor ein Elektromotor zum Erzeugen einer unabhängigen Drehbewegung, die auf den Kompressor übertragen wird, vorgesehen sein.
Integral mit dem inneren Ende 32-1 der Drehwelle 32 ist ein Kurbelelement 36 derart verbunden, dass ein vorgegebener Wert eines Versatzes des Kurbelelements 36 bezüglich der Welle 32 erzielt wird. Ein bewegliches Spiralelement 38, das aus einem Spiralelement 40 und einer Endplatte 42 aufgebaut ist, ist mit dem Kurbelelement 36 über eine Rollenlageranordnung 44 drehbar verbunden. Als Ergebnis bewirkt eine Drehbewegung 32, dass das bewegbare Spiralelement 38 einer Bahnbewegung eines Radius entsprechend dem Versatzmaß des Kurbelelements 34 bezüglich der Achse der Welle 32 unterzogen wird. Mit dem Kurbelelement 36 ist eine Ausgleichsvorrichtung 45 verbunden, die dem Aufheben einer Schwingung dient, welche ansonsten während der Bahnbewegung des Kurbelelements 36 und des daran befestigten bewegbaren Spiralelements 38 erzeugt wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass anstelle des Kurbelelements 36 ein bekannter variabler Kurbelmechanismus eingesetzt werden kann, der durch einen Treibkeil, der integral mit der Welle 32 ausgebildet ist, und eine Muffe, die eine radiale Nut aufweist, in welche der Treibkeil radial verschiebbar eingesetzt ist, aufgebaut ist.
Eine Wellendichtungseinheit 46 ist außen angrenzend an die Rollenlageeinheit 34 zum Abdichten des Raumes zwischen der Drehwelle 32 und dem vorderen Gehäuse 30 angeordnet, wodurch verhindert wird, dass das Kühlmittel sowie ein damit vermischtes Schmiermittel aus dem Kompressor 10 austritt. Die Lagereinheit 34 ist an einer festen Position auf der Drehwelle 32 mittels eines Sicherungsrings 48 angeordnet.
Eine Bezugsziffer 50 bezeichnet ein festes Spiralelement, das durch eine Spiralwand 52 und eine Endplatte 54, welche integral miteinander ausgebildet sind, aufgebaut ist. Die Spiralwand 52 des festen Spiralelements 50 steht Seite an Seite mit der Spiralwand 40 des beweglichen Spiralelements 38 in Eingriff. Somit begrenzen die in Eingriff stehenden Spiralwände 40 und 52 zusammen mit den Endwänden 42 und 54 mehrere Arbeitskammern Vc zum Ansaugen und Komprimieren des Kühlmittels. An den Enden der Spiralwände 40 und 52, welche den abgewandten Endwänden 54 bzw. 42 zugewandt sind, sind Spitzenabdichtungselemente 56 und 58 angeordnet, sodass eine Fluiddichtung zwischen den Spiralwänden 40 und 52 und den zugewandten Endwänden 54 bzw. 42 erzielt wird.
Eine Bezugsziffer 60 bezeichnet einen Selbstdrehsperrmechanismus zum Verhindern, dass sich das bewegliche Spiralelement 38 um seine eigene Achse dreht. Der Selbstdrehsperrmechanismus 60 ist durch ein erstes Ringelement 62, das fest mit der Endwand 42 des beweglichen Spiralelements 38 verbunden ist, ein zweites Ringelement 63, das axial von dem ersten Ringelement 62 beabstandet und fest mit dem vorderen Gehäuse 30 an seinem dem beweglichen Spiralelement 38 zugewandten Ende verbunden ist, und mehrere umlaufend beabstandete Kugeln 64, die zwischen den Ringelementen 62 und 63 angeordnet sind, aufgebaut.
Die Endwand 54 des festen Spiralelements 50 hat an ihrer Mittelposition eine Auslassöffnung 66, die zu der Arbeitskammer Vc geöffnet ist, welche an einer radial inneren Position angeordnet ist, sodass das komprimierte Kühlmittel in die Öffnung 66 ausgegeben wird. Ein als Reed-Ventil ausgebildetes Rückschlagventil 67 ist derart angeordnet, dass es die Auslassöffnung 66 üblicherweise schließt. Ein Anschlag 68 ist zusammen mit dem Rückschlagventil 67 fest mit der Endplatte 54 des festen Spiralelements 50 mittels einer Schraube 69 verbunden und an einer Seite des Rückschlagventils 67 an der Seite entfernt von der Auslassöffnung 66 angeordnet.
Die Endplatte 54 des festen Spiralelements weist an einer vorgegebenen Stelle Einspritzöffnungen 70A und 70B auf, die zu den Arbeitskammern Vc geöffnet sind, welche in einer vorgegebenen Phase des Kompressionsvorgangs bei den Arbeitskammern Vc sind, sodass das in der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 16 in Fig. 1 getrennte gasförmige Kühlmittel in die jeweiligen Arbeitskammern Vc ausgegeben wird. Kugelförmige Rückschlagventile 72A und 72B zum Verhindern eines Rückflusses des Kühlmittels sind für die Einspritzöffnungen 70A bzw. 70B vorgesehen. Das Rückschlagventil 72A ist aus einem Ventilelement 74A einer Kugelform, einem Ventilsitzelement 76A einer kurzen Rohrform und einer Feder 78A zum Drücken des Ventilelements 74A auf den Ventilsitz 76A aufgebaut. Das Rückschlagventil 72B ist von dem gleichen Aufbau wie das Rückschlagventil 72A und ist aus einem Ventilelement 74B, einem Ventilsitzelement 76B und einer Feder 78B aufgebaut.
Die Endplatte 54 des festen Spiralelements 50 weist axial vorstehende Abschnitte 50-1 und 50-2 auf, an denen eine hintere Platte 80 mittels einer geeigneten Einrichtung wie beispielsweise Schrauben 83 fest verbunden ist (Fig. 3), sodass radial beabstandete, geschlossene Kammern gebildet werden. Insbesondere wird eine Auslasskammer Vd in dem inneren vorstehenden Abschnitt 50-2 gebildet, während eine Mitteldruckkammer Vm indem vorstehenden Abschnitt 50-1 gebildet wird, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Auslasskammer Vd dient dem Vermindern der Pulsationen in dem aus der Auslassöffnung 66 empfangenen komprimierten Kühlmittel. Die Mitteldruckkammer Vm dient dem Teilen des gasförmigen Kühlmittels in die Einspritzöffnungen 70A und 70B und dem Beseitigen von Pulsationen in dem Druck in der Zwischendruckkammer Vm. Ein Anschluss 81 ist mit der Platte 80 verbunden, der dem Verbinden der Auslassdruckkammer Vd mit dem Kondensator 12 in Fig. 1 über die in Fig. 2 nicht dargestellte Öffnung dient.
Wie in Fig. 3 dargestellt, bildet der vorstehende Abschnitt 50-2 eine geschlossene Schleife einer Bogenform, sodass die Zwischendruckkammer Vm in der geschlossenen Schleife des vorstehenden Abschnitts 50-2 gebildet wird. Eine Zwischendrucköffnung 82, mit der der Anschluss 81 verbunden ist, ist zu der Zwischendruckkammer Vm geöffnet, so dass das in der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 16 getrennte gasförmige Kühlmittel in die Kammer Vm über die Öffnung 82 eingeleitet wird. Die Zwischendrucköffnung 82 ist in dem Mittelteil der Bogenform der Kammer Vm angeordnet, wie in Fig. 3 dargestellt, was einen Ausgleich des Strömungswiderstandes zwischen dem Strömungsweg von der Zwischendrucköffnung 82 zu der ersten Einspritzöffnung 70A und dem Strömungsweg von der Zwischendrucköffnung 82 zu der zweiten Einspritzöffnung 70B erlaubt.
Fig. 4 zeigt Einzelheiten des Rückschlagventils 72A. Das Rückschlagventil 72B hat den gleichen Aufbau wie das erste Rückschlagventil 72B, und daher wird nur die Einzelheit des Ventils 72A erläutert. Insbesondere ist die Endplatte 54 mit einer Rückschlagventilöffnung 54-1 mit einem Durchmesser größer als derjenige der Einspritzöffnung 70A ausgebildet. Die Rückschlagventilöffnung 54-1 ist konzentrisch zu der Einspritzöffnung 70A angeordnet und erstreckt sich von der Endfläche der Platte angrenzend an die Zwischendruckkammer Vm über einen vorgegebenen Abstand. Die Anschlaghülse (Ventilsitzelement) 76A ist mit einer Mittelbohrung 76A-1 für einen Durchgang des Kühlmittels und mit einem Schraubgewinde 76A-2 zum Befestigen der Hülse 76A an die Endplatte 54 (festes Spiralelement 50) ausgebildet. Das Kugelventil 74A dient dem wahlweisen Schließen des Ventildurchgangs 76A-1 und ist normalerweise unter der Federkraft der Feder 78A auf den Ventilsitz am inneren Ende der Hülse 76A gesetzt. Es wird darauf hingewiesen, dass Fig. 4 einen geschlossenen Zustand des Rückschlagventils 72A zeigt, während Fig. 5 einen offenen Zustand des Rückschlagventils 72A zeigt.
Es wird nun eine Funktionsweise des oben erläuterten Systems unter Bezugnahme auf ein Mollier-Diagramm erläutert, in dem die Abszisse die spezifische Enthalpie ist und die Ordinate der Druck ist. In dem Diagramm befindet sich das Kühlmittel außerhalb einer Gleichgewichtslinie L und von einer höheren Enthalpie in einem gasförmigen Zustand, während das Kühlmittel außerhalb der Gleichgewichtslinie L auf einer Seite niedrigerer Enthalpie sich in einem flüssigen Zustand befindet. Das Kühlmittel innerhalb der Gleichgewichtslinie L befindet sich in einem kombinierten Gas-Flüssigkeit-Zustand. Das der Kompression in dem Kompressor 10 unterworfene gasförmige Kühlmittel wird aus der Auslassöffnung 66 mit einem hohen Druck (Auslassdruck) ausgegeben, wie durch einen Punkt a dargestellt. Das gasförmige Kühlmittel eines hohen Drucks und einer hohen Temperatur aus dem Kompressor 10 wird in dem Kondensator 12 kondensiert und schließlich bei Punkt b des Diagramms verflüssigt. Das Kühlmittel des flüssigen Zustands wird an der Mündung 14 einer Ausdehnung einer ersten Stufe unterzogen, sodass ein kombinierter Gas-Flüssigkeit- (Nebel-) Zustand des Kühlmittel eines Zwischendrucks erhalten wird, wie durch einen Punkt c in Fig. 6 gezeigt. Das Kühlmittel des Nebelzustands wird in der Trennvorrichtung 16 einer Gas-Flüssigkeit-Trennung unterzogen, sodass eine Phasentrennung zwischen dem gasförmigen Zustand und dem flüssigen Zustand in der Trennvorrichtung 16 auftritt.
Der gasförmige Phasenteil des Kühlmittels in der Trennvorrichtung 16 wird einer Beseitigung von Druckpulsationen in der Zwischendruckkammer Vm des Kompressors 10 unterzogen und wird durch die Rückschlagventile 72A und 72B geleitet und über die Einspritzöffnungen 70A und 70B in die Arbeitskammern Vc eingespritzt. Das eingespritzte Gas wird zusammen mit dem existierenden Kühlmittel in dem Kompressor 10 der Kompression unterzogen, wie durch einen Punkt c' in Fig. 6 dargestellt.
Der flüssige Anteil des Kühlmittels in der Trennvorrichtung 16 wird bei einem Punkt d in Fig. 6 an der Mündung 18 einer Expansion einer zweiten Stufe unterzogen, sodass man ein Kühlmittel in einem kombinierten Flüssigkeit-Gas- (Nebel-) Zustand erhält, während der Druck des Kühlmittels auf einen Einlassdruck reduziert wird, wie durch einen Punkt e in Fig. 6 dargestellt. Das Kühlmittel des Nebelzustands wird in dem Verdampfapparat 20 einer Verdampfung unterzogen, sodass das Kühlmittel verdampft wird, wie durch einen Punkt f in Fig. 6 dargestellt, und es dem Kompressor 10 für eine Wiederholung des obigen Kreislaufs zugeführt wird.
Es wird nun die Funktionsweise des Kompressors 10 in mehr Einzelheiten erläutertet. Insbesondere zeigen Fig. 7 bis 10 verschiedene Winkelpositionen des beweglichen Spiralelements 38 bezüglich des festen Spiralelements 50 für alle Drehungen um 90º des beweglichen Spiralelements 38 während einer einzelnen kompletten Drehung. Bekanntermaßen sieht der Spiralkompressor ein Paar von Arbeitskammern Vc des gleichen Volumens vor, die während der Drehbewegung des beweglichen Spiralelements 38 nach und nach verkleinert werden, um das gasförmige Kühlmittel einer Kompression zu unterziehen. In Fig. 7, wo der Drehwinkel θ der Drehwelle (des beweglichen Spiralelements 38) θ&sub1; ist, zeigen die gepunkteten Bereiche a1 jeweils eine eines solchen Paares, die in einer radial äußeren Stellung angeordnet sind. Nach einer Drehung des beweglichen Spiralelements um 90º (θ = θ&sub2;) ist das Paar Arbeitskammern durch gepunktete Bereich b&sub1; in Fig. 8 dargestellt. Die Stellung des Paares Arbeitskammern nach der nächsten Drehung um 90º (θ = θ&sub3;) ist durch gepunktete Bereiche c&sub1; dargestellt. Die nächste Drehbewegung um 90º (θ = θ&sub4;) lässt das Paar Arbeitskammern so positionieren, wie durch die gepunkteten Bereiche d&sub1; dargestellt. Kurz gesagt, lässt die Drehbewegung des beweglichen Spiralelements 38 die Arbeitskammern Vc radial bewegen, während das Volumen nach und nach verkleinert wird, d. h. der Druck nach und nach erhöht wird. Als Ergebnis lässt die Kompression schließlich den Druck des Kühlmittels in den Arbeitskammern Vc höher als der Druck in dem Kondensator 12 sein, was eine Öffnung des Auslassventils 67 bewirkt, sodass das Kühlmittel in der Arbeitskammer Vc über die Auslassöffnung 66 in die Ausgabekammer Vd ausgegeben wird.
Es wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 11 bis 14 das Detail des Gaseinspritzzyklus erläutert. Fig. 11 zeigt die Winkelstellung (θ = θ&sub2;), welche die gleiche wie diejenige in Fig. 8 ist. In dieser Stellung ist das Paar Arbeitskammern, die in einer radialen Zwischenposition angeordnet sind und durch gepunktete Bereiche a&sub2; dargestellt sind, noch von den Einspritzöffnungen 70A bzw. 70B getrennt. Die Drehung der Drehwelle 32 (des beweglichen Spiralelements 38) um 90º in die Winkelstellung (θ = θ&sub3;), wie in Fig. 12 dargestellt, lässt das Paar Kammern radial nach innen in die durch den gepunkteten Bereich b&sub2; dargestellte Stellung bewegen, was eine Öffnung der Kammern zu den Einspritzöffnungen 70A bzw. 70B bewirkt. Eine weitere Drehung des beweglichen Spiralelements 38 um 90º in die Winkelstellung (θ = θ&sub4;), wie in Fig. 13 dargestellt, lässt das Paar Kammern Vc weiter radial nach innen in die durch den gepunkteten Bereich c&sub2; dargestellte Stellung bewegen, sodass das Kühlmittel weiter komprimiert wird. Schließlich lässt eine weitere Drehung des beweglichen Spiralelements 38 um 90º in die Winkelstellung (θ = θ&sub1;), wie in Fig. 14 dargestellt, das Paar Kammern Vc die durch den gepunkteten Bereich d&sub2; dargestellte radial innerste Stellung einnehmen, sodass das Kühlmittel vollständig komprimiert wird. Wenn die Arbeitskammern Vc mit den Einspritzöffnungen 70A und 70B in Verbindung stehen, wie in Fig. 12 bis 14 gezeigt, lässt eine radial äußere Position der Kompressionskammern den Druck der Arbeitskammern Vc kleiner als den der Zwischenkammer Vm (Fig. 2) sein, was dem Druck in der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 16 (Fig. 2) entspricht, sodass die Ventilkugel 74A gegen die Kraft der Feder 78A bewegt wird, wie in Fig. 5 dargestellt, wodurch die Ventilkugel 74A von dem Ventilsitzelement 76A gelöst wird. Als Ergebnis wird ein gasförmiges Kühlmittel in der Zwischendruckkammer Vm aus der Einspritzöffnung 70A (70B), wie durch einen Pfeil F gezeigt, über den Durchgang 76A-1 und einen Ringspalt zwischen dem Kugelventil 74A und der Innenfläche der Bohrung 54-1 in die Arbeitskammern Vc eingespritzt. Es wird darauf hingewiesen, dass vor der oben erwähnten Gaseinspritzung eine Verringerung oder eine Beseitigung von Druckpulsationen in der Zwischendruckkammer Vm stattfindet.
Die Bewegung der Arbeitskammern Vc radial nach innen lässt den Druck der Arbeitskammern Vc höher als den der Zwischenkammer Vm (den Druck in der Gas-Flüssigkeit- Trennvorrichtung 16) sein, sodass die Ventilkugel 74A zu dem Ventilsitzelement 76A bewegt wird, wodurch die Ventilkugel 74A in das Ventilsitzelement 76A gedrückt wird, wie in Fig. 4 dargestellt. Als Ergebnis wird das Einspritzen des gasförmigen Kühlmittels aus der Zwischendruckkammer Vm gestoppt. Ein Fehlen der Rückschlagventile 72A und 72B würde das Hochdruckkühlmittel in der Arbeitskammer Vc aufgrund der Tatsache, dass der Druck in der Arbeitskammer Vc höher als der Druck in der Gas-Flüssigkeit- Trennvorrichtung 16 ist, über die Zwischendruckkammer Vm zurück in die Gas- Flüssigkeit-Trennvorrichtung 16 strömen lassen.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Druck in der Trennvorrichtung 16 entsprechend einer Last des Einspritzzyklus variiert wird, sodass die Dauer des Gaseinspritzens in die Arbeitskammer Vc entsprechend der Last des Einspritzzyklus variiert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt das Gaseinspritzen aus den Einspritzöffnungen 70A und 70B zu den Arbeitskammern Vc nach der Beseitigung der Druckpulsationen in der Zwischendruckkammer Vm, sodass das Gaseinspritzen während einer Einspritzperiode, in welcher die Einspritzöffnungen 70A und 70B in einem geöffneten Zustand sind, stabil wird. Mit anderen Worten erhält man eine Menge des eingespritzten Gases, welche der Einspritzdauer entspricht, wodurch die Leistungsfähigkeit des Gaseinspritzzyklus verbessert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Zwischenkammer Vm innerhalb des Kompressors 10, d. h. in dem Raum zwischen der Endplatte 54 des festen. Spiralelements 50 und der hinteren Platte 80 angeordnet. Somit ist ein Vorsehen einer unabhängigen Kammer zum Beseitigen der Druckpulsation unnötig. Als Ergebnis können zusätzliche Bauteile wie beispielsweise Verbindungen, die ansonsten notwendig wären, vermieden werden, wodurch ein Anstieg der Produktionskosten vermieden und die Leistungsfähigkeit eines Gaseinspritzzyklus erhöht wird.
Außerdem ist das Bereitstellen der Zwischendrucköffnung 82 in der Mitte der Bogenform der Zwischendruckkammer Vm in der senkrechten Ebene der Endplatte des festen Spiralelements in einer solchen Weise angeordnet, dass der Strömungswiderstand von der Zwischendrucköffnung 82 über die Zwischendruckkammer Vm zu der Einspritzöffnung 70A und der Einspritzöffnung 70B ausgeglichen wird, wodurch das Gas gleichmäßig von beiden Einspritzöffnungen 70A und 70B eingespritzt werden kann. Als Ergebnis wird ein gleichmäßiger Anstieg des Drucks zwischen dem Paar Arbeitskammern Vc erzielt, wodurch verhindert wird, dass die Spiralwände 40 und 52 des beweglichen und des festen Spiralelements 38 bzw. 50 ungeeignet belastet werden. Somit kann eine Beschädigung an den sowie eine Fehlfunktion der Bauteile(n), die ansonsten auftreten können, verhindert werden. Ferner wird eine gleichmäßige Gaseinspritzung zwischen dem Paar Arbeitskammern Vc erzielt, wodurch die Leistungsfähigkeit bei der Gaseinspritzung im Vergleich dazu, wenn eine ungleichmäßige Gaseinspritzung an dem Paar Kammern auftritt, erhöht wird.
Wegen des Vorsehens der Rückschlagventile 72A und 72B an der Endplatte 54 des festen Spiralelements 50, wo die Einspritzöffnungen 70A und 70B ausgebildet sind, kann das tote Volumen von den Arbeitskammern Vc zu den Rückschlagventilen 72A und 72B (den Kugeln 74A und 74B) reduziert werden. Als Ergebnis ist eine Verringerung der Arbeitsmenge, welche zum Ausgeben einer Menge des Kühlmittels entsprechend der Menge des toten Volumens notwendig ist und die einem Produkt des toten Volumens und des Ausgabedrucks des Kühlmittels entspricht, möglich, wodurch der Leistungsverlust im Kompressor 10 verringert wird.
Ferner wird eine Einleitung des Kühlmittels in die Einspritzöffnungen 70A und 70B mittels der Zwischendruckkammer Vm durchgeführt. Somit ist das Vorsehen von nur einer Zwischendrucköffnung 82 für einen Zweck der Einleitung des Zwischendrucks zu dem Kompressor 70 ausreichend, wodurch eine Anzahl maschineller Bearbeitungsschritte zur Herstellung des Kompressors 10 beseitigt wird, wodurch seine Herstellungskosten reduziert werden.
In einer in den Fig. 15 bis 17 dargestellten Modifikation ist das kugelförmige Ventilelement 74 in dem Rückschlagventil 72 durch ein Spulenventilelement 84 ersetzt. Wie in Fig. 17 dargestellt, ist das Spulenventilelement 84 als eine Spute mit einem geschlossenen Ende 84' ausgebildet. Das Ventilelement 84 ist mit einer zu dem dem geschlossenen Ende 84' abgewandten Ende des Ventilelements offenen Axialbohrung 84-1 und einer radial in einer solchen Weise hindurch laufenden Radialbohrung 84-2, dass die Bohrungen 84-1 und 84-1 sich kreuzen und in Verbindung miteinander stehen, ausgebildet. Das Ventilelement 84 weist an seiner Außenzylinderfläche ein Paar diametral gegenüberliegender Nuten 84-3 auf, zu denen die Radialbohrung 84-2 an ihren Enden offen ist. Jede der Nuten 84-3 verläuft axial so, dass sie ein erstes zu der Endfläche 84' des Ventilelements 84 offenes Ende und ein zweites an der von der abgewandten Endfläche 84" des Ventilelements 84 beabstandeten Stelle endendes Ende bildet. Diese Bohrungen 84-1 und 84-2 sowie die Nuten 84-3 bilden einen Gaseinspritzdurchgang gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 15 zeigt einen Zustand, in dem das Rückschlagventil 72 aufgrund der Tatsache, dass der Druck in der Arbeitskammer Vc höher als der Druck in der Zwischendruckkammer Vm ist, geschlossen ist. In diesem Fall wird das Ventilelement unter der Wirkung der Feder 78 zu dem Hülsenelement 76 bewegt, so dass das Spulenventilelement (Fig. 17) an seinem geschlossenen Ende 84' auf dem Ventilsitzelement 76 sitzt, wodurch eine Verbindung zwischen der Arbeitskammer Vc und der Zwischendruckkammer Vm verhindert wird.
Fig. 16 zeigt einen Zustand, in dem das Rückschlagventil 72 aufgrund der Tatsache, dass der Druck in der Arbeitskammer Vc niedriger als der Druck in der Zwischendruckkammer Vm ist, geöffnet ist. In diesem Fall wird das Ventilelement 84 gegen die Wirkung der Feder 78 von dem Hülsenelement 76 weg bewegt, wodurch eine Verbindung zwischen der Arbeitskammer Vc und der Zwischendruckkammer Vm über die Nuten 84-3, die Radialbohrung 84-2 und die Axialbohrung 84-1 ermöglich wird, wie durch einen Pfeil in Fig. 16 gezeigt.
Fig. 18 zeigt eine Modifikation des Kühlsystems gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem vier Einspritzöffnungen in einer solchen Weise vorgesehen sind, dass zwei Paare Einspritzöffnungen 70A-1 und 70A-2 und 72A-1 und 72A-2 vorgesehen sind, sodass die Einspritzöffnungen jedes Paares zu ein und denselben Arbeitskammern geöffnet sind.
Insbesondere sind die Einspritzöffnungen 70A-1 und 70A-2 oder 72A-1 und 72A-2 in jedem Paar so angeordnet, dass sie zu einer entsprechenden Öffnung 54-2 geöffnet sind, welche zu der Arbeitskammer Vc geöffnet ist und in der Endplatte 54 des festen Spiralelements 50 ausgebildet ist.
Gemäß dieser Modifikation in Fig. 18 ist eine Gesamtzahl der Einspritzöffnungen gegenüber derjenigen in den vorherigen Ausführungsbeispielen erhöht, wodurch der Strömungswiderstand verringert ist, wenn das Kühlmittel zu den Einspritzöffnungen geleitet wird. Somit wird der Zwischendruck des Kühlmittels nach Durchlaufen der Gas- Flüssigkeit-Trennvorrichtung effektiv für die Kompression in dem Kompressor verwendet, wodurch die Leistungsfähigkeit des Gaseinspritzzyklus verbessert wird.
Fig. 19 ist eine Modifikation, die auf einen Flüssigkeit-Einspritzzyklus angewendet ist, bei dem das Kühlmittel in einem flüssigen Zustand in die Arbeitskammern des Kompressors eingespritzt wird. Insbesondere ist, wie in Fig. 19 dargestellt, eine Leitung 22' so vorgesehen, dass die Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 16 an einer Stelle des Flüssigkeitsanteils mit der Zwischendruckkammer Vm verbunden ist. Der übrige Aufbau der Modifikation in Fig. 19 ist identisch mit demjenigen in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1. Im Vergleich zu dem Gaseinspritzsystem in Fig. 1 ist insbesondere eine bloße Veränderung der Stelle der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 16 zum Entnehmen des Kühlmittels daraus ausreichend zum Aufbauen des Flüssigkeitseinspritzsystems. Mit anderen Worten ist eine leichte Modifikation in der Konstruktion zum Verändern von dem Gaseinspritzsystem in ein Flüssigkeitseinspritzsystem ausreichend, während ein im wesentlichen unveränderter Vorteil beibehalten wird.
Fig. 20 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das das Vorsehen von Überdruckventilen zum Verhindern eines übermäßigen Anstiegs des Drucks in den Arbeitskammern zeigt. Insbesondere sind in Fig. 20 Überdruckventile 86A und 86B an Stellen nach den Rückschlagventilen 72A bzw. 72B vorgesehen. Wie in Fig. 21 dargestellt, sind Einheiten zum Aufbauen dieser Rückschlagventile und Überdruckventile durch Bezugsziffern 87A und 87B gekennzeichnet und in der Endplatte 54 des festen Spiralelements 50 positioniert. In Fig. 23 ist die Endplatte 54 mit einer Bohrung 54-1 ausgebildet, die durch einen Abschnitt 54-1a mit einem großen Durchmesser, der direkt zu der Zwischendruckkammer Vm geöffnet ist, einem Abschnitt 54-1b mit kleinem Durchmesser, der zu einer Arbeitskammer über die Einspritzöffnung 70A geöffnet ist, und einen Abschnitt 54-1c mit mittlerem Durchmesser, der zwischen dem Abschnitt 54-1a mit großem Durchmesser und dem Abschnitt 54-1b mit kleinem Durchmesser angeordnet ist, aufgebaut ist.
Der Aufbau der das Rückschlagventil 72A und das Überdruckventil 86A bildenden Einheit 87A, wie sie in Fig. 20 gezeigt ist, wird nun erläutert. Der Aufbau der Einheit 87B ist der gleiche wie derjenige der Einheit 87A, und somit wird auf eine detaillierte Erläuterung der Einheit 87B verzichtet. Insbesondere ist ein erstes Spulenventil 88 aus einem Rohrkörper aus Kunstharz wie beispielsweise Polytetrafluorethylen oder einem metallischen Material in dem Abschnitt 54-1b von kleinem Durchmesser angeordnet. Ein zweites Spulenventil 90, das ebenfalls als Rohrkörper aus einem Kunstharz wie beispielsweise Polytetrafluorethylen oder einem Metallmaterial ausgebildet ist, ist in dem Abschnitt 54-1c von mittlerem Durchmesser angeordnet. Außerdem ist ein Anschlagelement 92 einer Hülsenform an ihrem Außenschraubgewinde 92-1 auf den Abschnitt 54-1a mit großem Durchmesser geschraubt, um eine Trennung der Spulenventile 88 und 90 von der Endplatte 54 zu verhindern. Der Anschlag 92 ist mit einer zentralen Öffnung 92-3 zum Durchgang des gasförmigen Kühlmittels ausgebildet. Eine erste Schraubenfeder 94 ist zum Drücken des ersten Spulenventils 88 weg von der Einspritzöffnung 70A, d. h. zu dem zweiten Spulenventil 90 angeordnet. Eine zweite Schraubenfeder 96 ist derart angeordnet, dass das erste Spulenelement 88 zu einer zwischen dem Abschnitt 54-1b mit kleinem Durchmesser und dem Abschnitt 54-1c mit mittlerem Durchmesser ausgebildeten Schulter 54-2 bewegt wird. Der Schulterabschnitt 54-2 dient als Ventilsitz für das zweite Spulenelement 90.
Wie in Fig. 26 dargestellt, ist das erste Spulenventil 88 an seiner Außenzylinderwand mit einem Paar diametral und axial verlaufenden Nuten 88-1, die als Durchgang für ein zu der Einspritzöffnung 70A oder 70B für das Gaseinspritzen gerichtetes gasförmiges Kühlmittel dienen, und an ihrem axialen Ende angrenzend an die Einspritzöffnung mit einer Ausnehmung 88-2, in die die erste Schraubenfeder 94, wie in Fig. 24 dargestellt, eingesetzt ist, ausgebildet.
Wie in Fig. 27 dargestellt, ist das zweite Spulenelement 90 ebenfalls an seiner Außenzylinderwand mit einem Paar diametral gegenüberliegender, axial verlaufender Nuten 90-1, die ebenfalls als Durchgang für ein gasförmiges Kühlmittel von der Zwischendruckkammer Vm dienen, und mit einem zentralen Durchgang 90-2 für den Durchgang des gasförmigen Kühlmittels ausgebildet.
Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels ist grundsätzlich die gleiche wie die Funktionsweise des unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 6 erläuterten ersten Systems. Somit fokussiert sich die Erläuterung des Ausführungsbeispiels auf Punkte, die unterschiedlich sind, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden. Insbesondere bewirkt eine Drehbewegung der Welle 38 eine Drehung des beweglichen Spiralelements 32 relativ zu dem festen Spiralelement 50, was eine Verschiebung der Arbeitskammer Vm zwischen den Spiralelementen 30 und 50 radial nach innen bewirkt, wobei das Volumen der Arbeitskammer Vc reduziert wird, wie unter Bezugnahme auf Fig. 7 bis 10 des ersten Ausführungsbeispiels erläutert. Als Ergebnis erfolgt eine Kompression des gasförmigen Kühlmittels aus dem Verdampfapparat 20, sodass das komprimierte gasförmige Kühlmittel aus der Auslassöffnung 66 zu der Auslasskammer Vd ausgegeben und für eine Wiederholung des Kühlkreislaufs in den Kondensator 12 eingeleitet wird.
Während des Kompressionsvorgangs werden die Radialanteile der Paare Kompressionskammern variiert, wie unter Bezugnahme auf Fig. 11 bis 14 veranschaulicht. Bis das Paar Kammern in die radiale Stellung wie in Fig. 11 gezeigt bewegt ist, ist insbesondere das Paar Arbeitskammern von den Einspritzöffnungen 70A und 70B getrennt. Dann wird das Paar Arbeitskammern in einen Zustand gebracht, in dem sie in Verbindung mit den Einspritzöffnungen 70A und 70B stehen, wie durch Fig. 12 bis 14 gezeigt. Wenn die in Verbindung mit den Einspritzöffnungen 70A und 70B stehenden Arbeitskammern radial nach außen bewegt werden, wie in Fig. 12 dargestellt, ist der Druck in den Arbeitskammern Vc niedriger als der Druck in der Zwischendruckkammer Vm (Druck in der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 16). Als Ergebnis drückt in Fig. 23 der Druck in der Zwischendruckkammer Vm das zweite Spulenventil 90 zu der Arbeitskammer Vc, bis das zweite Spulenelement 90 an seiner Stirnseite mit der Schulter 54-2 in Kontakt steht, während die erste Spule 88 von der zweiten Spule gegen die Kraft der ersten Feder 94 gelöst wird. Als Ergebnis wird eine Strömung eines gasförmigen Kühlmittels wie durch einen Pfeil f in Fig. 23 dargestellt, über die Öffnung 92-3 in dem Anschlag 92, die Öffnung 90-2 der zweiten Spule 90 und die Nuten 88-1 der ersten Spule 88 erzielt, sodass das gasförmige Kühlmittel in der Zwischendruckkammer Vm in die Arbeitskammern Vc eingespritzt wird, wie durch den Pfeil f in Fig. 23 dargestellt. In diesem Fall werden die Pulsationen des Drucks des in die Arbeitskammern Vc eingespritzten Fluids in der Zwischendruckkammer Vm reduziert.
Wenn der Druck in der Arbeitskammer Vm den Druck in der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 16 übersteigt, wird das erste Spulenelement 88 zu dem zweiten Spulenventil 90 bewegt, sodass das Ventilelement 88 stirnseitig mit dem Ventilelement 90 in Kontakt steht, wie durch Fig. 24 dargestellt, was die Zentralbohrung 90-2 blockieren lässt, während das Ventilelement 90 auf dem Ventilsitz 54-2 sitzt. Als Ergebnis wird das Gaseinspritzen aus der Zwischendruckkammer Vm in die Arbeitskammer Vc gestoppt. Insbesondere dient in diesem Ausführungsbeispiel eine Kombination des ersten und des zweiten Spulenelements 88 und 90 als Rückschlagventil 72A oder 72B in Fig. 20, das ein Strömen des gasförmigen Kühlmittels in der Arbeitskammer Vc mit einem hohen Druck zu der Zwischendruckkammer Vm mit einem niedrigen Druck verhindert.
Wenn der Kompressor in einem kalten Zustand gestartet wird, kann es eine Situation geben, in der eine kleine Menge Restkühlmittel in einem flüssigen Zustand in den Arbeitskammern Vc existiert. Ein solches Kühlmittel im flüssigen Zustand lässt den Druck in der Arbeitskammer Vc schnell ansteigen. In einer solchen Situation lässt der erhöhte Druck in der Arbeitskammer Vc das erste Spulenventil 88 gegen die Kraft der Feder 96 zu dem zweiten Spulenventil 92 bewegen, sodass das Spulenventil 90 von dem Ventilsitz 54-2 gelöst wird, wie in Fig. 25 dargestellt. Als Ergebnis wird über die Einspritzöffnung 70A, die Nuten 88-1 in dem Spulenventil 88, die Nuten 90-1 in dem Spulenventil 90 und die Mittelbohrung 92-1 des Anschlags 92 eine Strömung des Kühlmittels von der Arbeitskammer Vc zu der Zwischendruckkammer Vm erzielt, wie durch einen Pfeil g dargestellt. Als Ergebnis wird ein schneller Anstieg des Drucks in den Arbeitskammern Vc verhindert, der ansonsten auftreten kann, wenn ein restliches Kühlmittel im flüssigen Zustand in den Arbeitskammern Vc während eines Kaltstartzustands existiert.
In diesem Ausführungsbeispiel wirken das erste und das zweite Spulenventil 88 und 90 zusammen, um während eines normalen Kompressionsvorgangs des Kompressors 10 als Rückschlagventil 70A oder 70B in Fig. 20 zu dienen, sodass während einer Periode eines reduzierten Drucks der Arbeitskammern während eines Arbeitszyklus ein Gaseinspritzen erzielt wird, wie in Fig. 23 dargestellt, während einer Periode eines erhöhten Drucks der Arbeitskammer während des Arbeitszyklus ein Austreten des komprimierten gasförmigen Kühlmittels verhindert wird, wie in Fig. 24 dargestellt.
Außerdem arbeiten das erste und das zweite Spulenventil 88 und 90 zusammen, um als Überdruckventil 86A oder 86B in Fig. 20 zu dienen, wenn ein schneller Anstieg des Drucks in den Arbeitskammern Vc aufgrund eines restlichen Kühlmittels im flüssigen Zustand während eines kalten Zustands des Kompressors 10 erzeugt wird, sodass der erhöhte Druck in den Arbeitskammern Vc an die Zwischendruckkammer Vm freigegeben wird, wodurch ein starker Anstieg des Drucks in den Arbeitskammern verhindert wird. Mit anderen Worten funktionieren die Überdruckventile bloß zum Rückführen des Kühlmittels von den Arbeitskammern zu der Zwischendruckkammer (der Gas-Flüssigkeit- Trennvorrichtung 16), wodurch ein fester Wert des Kühlmittels in dem Kühlsystem gehalten wird. Als Ergebnis wird selbst in einer Situation, in der nach dem Betrieb der Überdruckventile 86A und 86B der Kompressor wieder in Betrieb geht, eine gewünschte Menge des Kühlmittels in dem Einspritzsystem behalten, wodurch ein Mangel des Kühlmittels verhindert wird, das einen unzureichenden Einspritzvorgang sowie eine unzureichende Schmierung des Kompressors verursachen kann, welche in einem vorbekannten System auftreten können, bei dem der Druck von dem Einspritzsystem nach außen freigegeben wird.
Das Ausführungsbeispiel mit den Rückschlagventilen sowie den Überdruckventilen kann auch auf das System unter Bezugnahme auf Fig. 18 angewendet werden, in dem Paare von Einspritzöffnungen vorgesehen sind.
Fig. 28 ist eine Darstellung einer Modifikation des Ausführungsbeispiels mit einem Überdrucksystem, das auf ein unter Bezugnahme auf Fig. 20 erläutertes Flüssigkeitseinspritzsystem angewendet ist.

Claims

1. Spiralkompressor, mit

einem Gehäuse (30);

einer Drehwelle (32) mit einem Kurbelabschnitt (36) mit einer Achse, die bezüglich der Drehwelle exzentrisch ist;

einem Lager (34) zum Halten der Drehwelle (32) drehbar bezüglich des Gehäuses;

einem beweglichen Spiralelement (38) mit einer Endplatte (42) und einer sich axial von der Endplatte erstreckenden Spiralwand (40);

einem Lager (44), welches das bewegliche Spiralelement (38) drehbar auf dem Kurbelabschnitt (36) hält, sodass das bewegliche Spiralelement eine Bahnbewegung um die Achse der Drehwelle (32) bewirkt;

wobei das bewegliche Spiralelement (38) und das feste Spiralelement (50) derart miteinander zusammenwirken, dass sie Arbeitskammern (Vc) bilden, welche sich während der Bahnbewegung des beweglichen Spiralelements radial nach innen bewegen, während das Volumen der Arbeitskammern reduziert wird;

einer zu den Arbeitskammern (Vc) geöffneten Einlassöffnung, wenn sie radial außen positioniert sind, sodass das Fluid in die Arbeitskammern eingeleitet wird;

einer zu den Arbeitskammern (Vc) geöffneten Auslassöffnung (66), wenn sie radial innen positioniert sind, sodass das Fluid in komprimierter Form ausgegeben wird;

einer Einspritzöffnung (70A, 70B), die in der Endplatte (54) des festen Spiralelements (50) ausgebildet ist, wobei die Einspritzöffnung zu der Arbeitskammer (Vo) zum Einspritzen des Fluids in die letztgenannte geöffnet ist, wobei das Fluid bei einem Druck zwischen dem Druck des über die Einlassöffnung angesaugten Kühlmittels und dem Druck des aus der Auslassöffnung eingespritzten Kühlmittels ist; und

einer Zwischendruckkammer (Vm), die mit der Einspritzöffnung (70A, 70B) in Verbindung steht und die der Beseitigung von Druckpulsationen in dem zu der Arbeitskammer aus der Einspritzöffnung eingespritzten Fluid dient, wobei der Spiralkompressor ferner ein Rückschlagventil an der Endplatte (54) des festen Spiralelements (50) zum Blockieren eines Rückstroms des Kühlmittels aus den Arbeitskammern (Vc) über die Einspritzöffnung (70A, 70B) aufweist,

gekennzeichnet durch einen Durchgang, der an dem Rückschlagventil vorbei läuft, an welchem Durchgang ein Überdruckventil (86A, 86B) angeordnet ist, wodurch das Kühlmittel aus der Arbeitskammer freigegeben wird, um zu der Zwischendruckkammer (Vm) zurückgebracht zu werden, wobei das Rückschlagventil ein erstes Spulenventil (88) ist und das Überdruckventil ein zweites Spulenventil (90) ist, die in Reihe in einer axialen Öffnung in der Endplatte (54) des festen Spiralelements (50) angeordnet sind; einen Anschlagabschnitt (92) in der Endplatte zum Eingreifen mit dem zweiten Spulenventil, sodass eine Strömung des Kühlmittels von der Zwischendruckkammer (Vm) zu der Arbeitskammer (Vc) über eine Axialöffnung (90-2) des zweiten Spulenventils (90) und eine Nut (88-1) an dem ersten Spulenventil ermöglicht wird; und eine Feder (96) zum Drücken des zweiten Spulenelements, sodass das zweite Spulenventil (90) die Eingriffsstellung beibehält, während das erste Spulenventil (88) die Axialöffnung verschließt, wodurch eine Rückkehr des komprimierten Fluids in der Arbeitskammer (Vc) zu der Zwischendruckkammer (Vm) verhindert wird; wobei ein Druck in der Arbeitskammer höher als ein oberer Grenzwert das erste und das zweite Spulenventil (88, 90) gegen die Kraftfeder (96) bewegen lässt, wodurch das Fluid in der Arbeitskammer (Vc) über eine Nut (90-1) an dem zweiten Spulenventil (90) freigegeben werden kann.

2. Spiralkompressor nach Anspruch 1, bei welchem das eingespritzte Fluid in einem gasförmigen Zustand ist.

3. Spiralkompressor nach Anspruch 1, bei welchem das eingespritzte Fluid in einem flüssigen Zustand ist.

4. Spiralkompressor nach Anspruch 1, bei welchem mehrere der Einspritzöffnungen (70A, 70B) derart vorgesehen sind, dass sie zu der gleichen Arbeitskammer (Vc) geöffnet sind.

5. Spiralkompressor nach Anspruch 1, bei welchem die Zwischendruckkammer (Vm) durch die Endplatte (54) des festen Spiralelements (50) und das Gehäuse gebildet ist, und bei welchem das Gehäuse mit einer Zwischendrucköffnung (92-3) ausgebildet ist, welche dem Einleiten des Fluids bei mittlerem Druck in die Zwischendruckkammer dient.

6. Spiralkompressor nach Anspruch 5, bei welchem mehrere Arbeitskammern (Vc) und mehrere Einspritzöffnungen (70A, 70B) vorgesehen sind, und bei welchem die mehreren Einspritzöffnungen so vorgesehen sind, dass sie zu den jeweiligen Arbeitskammern geöffnet sind, sodass der Strömungswiderstand von der Zwischendrucköffnung zu den Einspritzöffnungen über die. Zwischendruckkammer (Vm) ausgeglichen ist.

7. Kühlsystem, mit

einem Kompressor nach Anspruch 1 zum Komprimieren eines Kühlmittels, ferner mit

einem Kondensator (12), der nach dem Kompressor (10) zum Empfangen des komprimierten Kühlmittels daraus zum Kondensieren des Kühlmittels angeordnet ist;

einem ersten Druckverminderer (14), der nach dem Kondensator zum Vermindern des Drucks des Kühlmittels angeordnet ist;

einer Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung (16), die nach dem ersten Druckverminderer für eine Phasentrennung des Kühlmittels angeordnet ist;

einem zweiten Druckverminderer (18), der nach der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung zum Vermindern des Drucks des Kühlmittels im flüssigen Zustand aus der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung angeordnet ist; und

einem Verdampfapparat (20), der nach dem zweiten Druckverminderer zum Verdampfen des Kühlmittels, das zu dem Kompressor zurückgebracht ist, angeordnet ist.

8. Kühlsystem nach Anspruch 7, bei welchem das aus der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung (16) abgeleitete Kühlmittel in einem gasförmigen Zustand ist.

9. Kühlsystem nach Anspruch 7, bei welchem das aus der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung (16) abgeleitete Kühlmittel in einem flüssigen Zustand ist.